Перспективная сталь для реакторов

Ученые НИЦ "Курчатовский институт" провели комплекс структурных исследований и механических испытаний сталей с повышенным содержанием никеля для корпусов перспективных реакторов ВВЭР. Результаты исследований представлены в статье.

Сегодня для изготовления корпусов ядерных энергетических реакторов типа ВВЭР применяются специальные теплостойкие стали, разработанные ведущими материаловедческими центрами: АО "НПО "ЦНИИТМАШ" и НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей". Помимо необходимых механических свойств, эти стали обладают высокой радиационной и термической стойкостью. Благодаря этому современные ВВЭР могут служить 60 лет и более.

Сегодня российские ученые и инженеры работают над созданием перспективных реакторов типа ВВЭР с увеличенным сроком службы, более высокой эффективностью и повышенными параметрами теплоносителя. Амбициозный  проект – создание "суперреактора" ВВЭР-СКД (водо-водяной энергетический еактор, охлаждаемый водой сверхкритического давления), который по своим характеристикам будет существенно превосходить действующие модели.

Одна из проблем при разработке перспективных ВВЭР (включая и ВВЭР-СКД с наиболее жесткими условиями эксплуатации корпуса реактора) – выбор подходящего конструкционного материала. Применяемые на данный момент стали не соответствуют требованиям к механическим характеристикам.

Сегодня ученым известно, что повышение содержания никеля в теплостойких сталях может улучшить их механические характеристики, но при этом в некоторых случаях снижает их радиационную и термическую стойкость. Однако оптимизация состава стали с очисткой от вредных примесей позволит избежать отрицательного влияния никеля, содержание которого в современных сталях корпусов реакторов ВВЭР ограничивается 1,35 масс.%.

Специалисты АО "НПО "ЦНИИТМАШ" разработали и изготовили сталь с повышенным до 5 масс.% содержанием никеля, оптимизированным химическим составом и низким содержанием примесей. Ученые Отделения реакторных материалов и технологий Курчатовского комплекс НБИКС-природоподобных технологий провели комплекс структурных исследований и механических испытаний, сравнив этот новый материал со сталью с более низким содержанием никеля, которая используется для корпуса реакторов ВВЭР-1000 в настоящее время.

"Результаты исследований и испытаний показали, что у стали с повышенным до ~5 масс.% содержанием никеля лучше показатели прочности и стойкости против радиационного по сравнению со сталями с более низким содержанием никеля. Это обеспечивается особенностями оптимизированного состава и реализованной структуры стали, – сообщила Евгения Кулешова, главный научный сотрудник Отделения реакторных материалов и технологий. – Кроме того, предварительные исследования стали с повышенным содержанием никеля после облучения в исследовательском реакторе ИР-8 и длительного теплового воздействия показали ее высокую радиационную и термическую стойкость в эксплуатационных условиях ВВЭР-СКД. Это позволяет рассматривать данную разработку в качестве материала корпусов перспективных ВВЭР".

По словам Е. Кулешовой, в исследовании сталей активное участие принимали молодые ученые – аспиранты НИЦ "Курчатовский институт".

Фото: реактор ВВЭР/Росатом